Cuestionario Cap 11-12 Completado 1q586

PREGUNTAS DE REPASO PROBLEMAS CUALITATIVOS 11.1 Describa las diferencias entre los moldes desechables y los permanentes. R.- Los moldes desechables suelen producirse con arena, yeso, cerámica y materiales similares, y que por lo general se mezclan con diversos aglutinantes (agentes de unión) para mejorar sus propiedades. Un molde típico de arena consta de 90% de arena,7% de arcilla y 3% de agua. Estos materiales son refractarios (esto es, capaces de soportar las altas temperaturas de los metales fundidos). Una vez que la fundición solidifica, se rompe el molde para retirarla En cambio los moldes permanentes se fabrican con metales que mantienen su resistencia a temperaturas elevadas. Como su nombre indica, se utilizan en repetidas ocasiones y se diseñan de manera que las fundiciones puedan retirarse con facilidad y sea posible utilizar el molde en la siguiente fundición. Los moldes metálicos son mejores conductores de calor que los moldes desechables no metálicos, por consiguiente, la fundición que se está solidificando experimenta una mayor velocidad de enfriamiento, lo que a su vez afecta la microestructura y el tamaño de grano de la misma. 11.2 Nombre los factores importantes al seleccionar arena para moldes. R.- La arena debe tener granos finos y redondos para poder apisonar de modo más compacto y, en consecuencia, formar un molde con superficie más lisa. Aunque la arena de grano fino refuerza la resistencia del molde, estos granos también reducen su permeabilidad (penetración a través de los poros). Una buena permeabilidad de los moldes y de los machos o corazones permite que los gases y el vapor generado durante la fundición escapen fácilmente. Además el molde debe tener una colapsabilidad adecuada para permitir que la fundición se contraiga al enfriarse, evitando sí defectos como el desgarramiento y agrietamiento en caliente 11.3 ¿Cuáles son los tipos más importantes de moldes de arena? ¿Cuáles son sus características? R.- Existen tres tipos básicos de moldes de arena: - De arena verde: El término “verde” indica que la arena dentro del molde está húmeda o mojada mientras se vacía el metal en su interior. Éste es el método menos costoso para fabricar moldes y la arena se recicla fácilmente para su uso posterior. En el método de superficie seca, la superficie del molde se seca, ya sea guardando el molde en aire o secándolo con sopletes. Debido a su mayor resistencia, estos moldes se utilizan en general para fundiciones grandes. - De caja fría: en este proceso se mezclan diferentes aglutinantes orgánicos e inorgánicos con la arena, para unir químicamente los granos y obtener una mayor resistencia. Estos moldes tienen dimensiones más precisas que los de arena verde, pero son más costosos. - De molde no cocido: se agrega una resina sintética líquida a la arena y la mezcla se endurece a temperatura ambiente. Debido a que el aglutinamiento del molde en este proceso y en el de caja fría ocurre sin calor, se les llama procesos de curado en frío. 11.4 Liste los factores que deben tomarse en consideración al seleccionar materiales para modelos. La selección de un material para el modelo depende del tamaño y la forma de la fundición, la precisión dimensional, la cantidad de fundiciones requeridas y el proceso de moldeo.

El número de piezas a realizarse con un modelo determinará el criterio de selección del material del mismo, que puede ser madera, metal, poli estireno, plástico, resina epóxica, cera o bien mercurio congelado. Sin duda que la vida útil del modelo y su precisión son factores que influyen también para la selección del material. Para moldear 10 veces o más, con un mismo modelo conviene hacerlo metálico (de aluminio o aleaciones de aluminio) que resisten más el desgaste. Puede fabricarse también de bronce o de hierro gris ya que a veces el desgaste es excesivo cuando se tienen que calentar, como en el caso del modelo en cáscara.

11.5 ¿Cuál es la función de un corazón o macho? Los machos o corazones se utilizan en las fundiciones con cavidades o pasajes internos, como los que se encuentran en un monobloque de motor automovilístico o en el cuerpo de una válvula. Entonces podemos decir que un corazón o macho tiene la función de ocupar el lugar de las cavidades internas que la pieza pueda tener, para que el metal líquido no pueda ocupar el mismo 11.6 ¿Cuál es la diferencia entre la fundición de molde de arena y la de molde en cáscara? Fundición en molde arena  Se necesita un sistema de alimentación bebedero, mazarota, etc.  Se puede fundir piezas grandes  La transferencia de calor es mayor  El acabado superficial es no tan buena  Se necesita un compactado muy bueno de la arena Fundición en molde de cascara  No necesita un sistema de alimentación complejo  Debido al espesor de la cascara es difícil fundir piezas grandes  El acabado superficial es muy buena  Para la creación del molde usa aglutinante y un horno  La transferencia de calor es mucho más rápido 11.7 ¿Cuáles son los moldes compósitos? ¿Por qué se utilizan? Los moldes compósitos se fabrican con dos o más materiales diferentes y se utilizan en el moldeo en cáscara y en otros procesos de fundición. Por lo general se emplean para fundir formas complejas, como propulsores para turbinas. Incrementan la resistencia del molde, mejoran la precisión dimensional y el acabado superficial de las fundiciones y pueden ayudar a reducir los costos globales y el tiempo de procesamiento. Los materiales para moldeo más utilizados son cáscaras (producidas de la forma que ya se indicó), yeso, arena con aglutinante, metal y grafito. Estos moldes también pueden incluir machos o corazones y enfriadores para controlar la velocidad de solidificación en las áreas críticas de las fundiciones. Moldes compósitos, que se producen con dos o más materiales (como arena, grafito y metales) y combinan las ventajas de cada uno. Estos moldes tienen una parte permanente y otra desechable, y se utilizan en diversos procesos de fundición para mejorar la resistencia del molde, controlar las velocidades de enfriamiento y optimizar la economía global de los procesos de fundición 11.8 Describa las características de la fundición en molde de yeso. Se les conoce como fundición de precisión, debido a la gran exactitud dimensional y el buen acabado superficial obtenido. Las partes características fabricadas por este medio son los componentes de cerraduras, engranes, válvulas, rios, herramental y ornamentos. En general las fundiciones pesan menos de 10 kg (22 libras) y se encuentran en el intervalo de 125 g a 250 g (1/4 a 1/2 libra), aunque pueden producirse piezas tan ligeras como 1 g (0.035 onza). En la tabla 11.2 se presentan las capacidades de la fundición en molde de yeso. En el proceso de moldeo en yeso, el molde se fabrica con blanco de París (yeso o sulfato de calcio), talco y harina de sílice a fin de mejorar la resistencia y controlar el tiempo necesario para que se endurezca el yeso. Estos componentes se mezclan con agua, y el lodo resultante se vierte sobre el modelo. Una vez que se endurece el yeso (por lo general antes de 15 minutos), se le retira y el molde se seca a una temperatura de entre 120 °C y 260 °C (250 °F a 500 °F) para eliminar la humedad. Se pueden utilizar temperaturas mayores de secado, según el tipo de yeso. Las mitades del molde se ensamblan para formar la cavidad correspondiente y se precalientan a unos 120 °C (250 °F). Después se vacía el metal fundido dentro del molde. Debido a que los moldes de yeso tienen muy baja permeabilidad, los gases generados al solidificarse el metal no pueden escapar; en consecuencia, el metal fundido se vierte en vacío o a presión. La permeabilidad del molde se puede incrementar sustancialmente por medio del proceso Antioch, en el que los moldes se deshidratan en una autoclave (horno presurizado) de 6 a 12 horas y después se rehidratan en aire por 14 horas. Otro método para aumentar la permeabilidad consiste en utilizar yeso espumado, que contiene burbujas de aire atrapadas. Por lo general, los modelos para el moldeo en yeso están hechos de materiales como las aleaciones

de aluminio o de zinc, los plásticos termofijos y el bronce. Los modelos de madera no son adecuados para producir un gran número de moldes, ya que se encuentran en o constante con el lodo de yeso a base de agua. En virtud de que la temperatura máxima que puede soportar el molde es, por lo general, de unos 1200 °C (2200 °F), la fundición en molde de yeso sólo se utiliza para el aluminio, magnesio, zinc y algunas aleaciones a base de cobre. Las fundiciones tienen un buen acabado superficial con detalles finos. Debido a que los moldes de yeso poseen una conductividad térmica menor que la de los otros, las fundiciones se enfrían lentamente y, por ende, se obtiene una estructura más uniforme de granos, con menos alabeo. El espesor de pared de las partes fundidas puede ser de 1 mm a 2.5 mm (0.04 a 0.1 pulgadas).

11.9 ¿Por qué el proceso de fundición por revestimiento es capaz de producir detalles finos en la superficie de las fundiciones? El moldeo a la cera perdida es evidentemente un proceso complicado y, por ello, caro. Sin embargo, sus singulares ventajas lo hacen económicamente factible en numerosos casos, especialmente desde que pueden automatizarse muchas de las operaciones. Efectivamente, no sólo permite fundir formas complicadas, que no podrían fundirse por otras técnicas ni mecanizarse, sino que, como no hay que apisonar material de molde en torno al modelo, permite fundir espesores muy delgados (hasta 4 mm). Las tolerancias dimensionales son excelentes (de 0,1 a 1% pueden conseguirse rutinariamente), Dado el buen aspecto superficial que proporciona, el mecanizado puede a menudo suprimirse por completo o reducirse en gran medida. Pero, cuando es necesario mecanizar, suelen ser sobradas las creces de0,4 a 1 mm. Estas ventajas son particularmente importantes cuando se emplean materiales de mecanizado difícil, ya que el moldeo a la cera perdida es aplicable a todos los metales. Aunque la mayoría de las piezas fundidas a la cera perdida miden menos de 75 mm y pesan menos de 0,5 kg, no existen limitaciones específicas para el tamaño. Las partes hechas por este método son normalmente tamaño pequeño, aunque se han fundidos satisfactoriamente partes deformas complejas. En este proceso pueden fundirse todos los ticos de metales, incluyendo aceros, aceros inoxidables y otras aleaciones de alta temperatura.

11.10 Nombre el tipo de materiales utilizados para los procesos de fundición en molde permanente. Para producir fundiciones con cavidades internas, antes se colocan machos fabricados con metal o agregados de arena en el molde. Los materiales característicos de los machos o corazones son arena aglutinada con aceite o resina, yeso, grafito, hierro gris, acero de bajo carbono y acero para matrices de trabajo en caliente. El que se usa más es el hierro gris, sobre todo en grandes moldes para fundiciones de aluminio y magnesio. También se utilizan insertos para diversas partes del molde. La mayoría de las veces este proceso se utiliza para aluminio, magnesio, aleaciones de cobre y hierro gris debido a sus puntos de fusión, que por lo general son más bajos, aunque también se pueden fundir aceros mediante moldes de grafito o de metales resistentes al calor.

11.11 ¿Cuáles son las ventajas de la fundición a presión en matriz?  Los costos de la mano de obra son bajos debido a que ahora el proceso es semi (o totalmente) automatizado.  La fundición a presión en matriz es económica para grandes lotes de producción.  La fundición a presión en matriz tiene la capacidad de producir con rapidez partes fuertes de alta calidad y formas complejas, en particular con aluminio, bronce, magnesio y zinc.  Proporciona una buena precisión dimensional y detalles de la superficie, por lo que las partes requieren muy pocas (o ninguna) operaciones de maquinado o terminado.  Debido a las altas presiones involucradas, se producen paredes hasta de 0.38 mm, que son mucho más delgadas que las obtenidas por otros medios de fundición  Debido a que el metal fundido se enfría con rapidez en las paredes de la matriz, la fundición tiene una capa superficial dura, de grano fino, con alta resistencia.

 Con un buen acabado superficial y una buena precisión dimensional, la fundición a presión en matriz puede producir superficies lisas para rodamientos que de otra manera se maquinarían normalmente.

11.12 Liste las ventajas y limitaciones de la fundición a presión en matriz. VENTAJAS - Los costos de la mano de obra son bajos debido a que ahora el proceso es semi (o totalmente) automatizado. - La fundición a presión en matriz es económica para grandes lotes de producción. - La fundición a presión en matriz tiene la capacidad de producir con rapidez partes fuertes de alta calidad y formas complejas, en particular con aluminio, bronce, magnesio y zinc. - Proporciona una buena precisión dimensional y detalles de la superficie, por lo que las partes requieren muy pocas (o ninguna) operaciones de maquinado o terminado. - Debido a las altas presiones involucradas, se producen paredes hasta de 0.38 mm, que son mucho más delgadas que las obtenidas por otros medios de fundición - Debido a que el metal fundido se enfría con rapidez en las paredes de la matriz, la fundición tiene una capa superficial dura, de grano fino, con alta resistencia. - Con un buen acabado superficial y una buena precisión dimensional, la fundición a presión en matriz puede producir superficies lisas para rodamientos que de otra manera se maquinarían normalmente.

LIMITACIONES - Los costos de los equipos, en particular el de las matrices, es alto. - Permanecen las marcas de los expulsores, al igual que pequeñas cantidades de proyecciones en la línea de partición de la matriz. - Debido a las altas presiones involucradas, las matrices para fundición a presión tienden a dividirse, a menos que se sujeten con firmeza. - El desgaste de la matriz aumenta con la temperatura del metal fundido. - El agrietamiento por calor de las matrices puede constituir un problema.

11.13 cuál es el propósito de una mazarota y de un bebedero? El propósito de las mazarotas es para suministrar el metal adicional conforme esta se contrae durante la solidificación para tener un acabado conforme al diseño y no tenga huecos por ausencia del metal. El bebedero se diseña para que el metal fluya con suavidad hacia abajo y este mismo haga llegar a todas las cavidades de acuerdo con la velocidad a la que cae o fluya el metal 11.14 de algunas razones para usar insertos para matrices? las razones serian:    

tiempos de ciclo más cortos Calidad de superficie optimizada para sus productos Larga vida útil del molde Sin grietas en el inserto en molde

11.15 ¿Qué es la fundición por dado impresor? ¿Cuáles son sus ventajas? La fundición por dado impresor es un muy buen método en la fundición ya que este tiene un muy buen acabado tanto estructuralmente como superficialmente estos se deben a que este proceso se realiza a altas presiones. Ventajas -Buen acabado -Estructura altamente fina -Se pueden fundiré Formas complejas 11.16 ¿Cuáles son las ventajas del proceso de fundición a la espuma perdida?     

El proceso es relativamente simple porque no existen líneas de partición, machos o corazones, o sistemas de mazarotas. De ahí que tenga flexibilidad de diseño. El proceso requiere cajas de moldeo económicas. El poliestireno es barato y se puede procesar fácilmente para producir modelos con formas complejas, tamaños diversos y detalles superficiales finos. La fundición requiere operaciones mínimas de acabado y limpieza. El proceso se puede automatizar y es económico para grandes lotes de producción. Sin embargo, hay que tomar en cuenta el costo de producción de la matriz que se utiliza al expandir las perlas de poliestireno para fabricar el modelo y la necesidad de dos juegos de herramental. De igual manera, el proceso sirve para nuevos diseños de fundición y no para los diseños existentes.

11.17 Si sólo necesita unas pocas unidades de una fundición particular, ¿qué proceso(s) utilizaría? ¿Por qué? R.- Utilizaría proceso de fundición con moldes desechables, siendo más específico el de arena verde, puesto que es el más común e implicaría menos costo para la industria (siempre y cuando el nivel de precisión de las unidades no sea muy elevado). 11.18 ¿Cuáles son las razones de la gran variedad de procesos de fundición que se han desarrollado a lo largo de los años? Explique con ejemplos específicos. Con la aparición de la necesidad de herramientas o piezas con dimensiones dificultosas de forjar nace la fundición. Entre las razones que nos llevan a usar la fundición como proceso de producción tenemos la dificultad geométrica de algunos cuerpos, la variedad de piezas, la calidad superficial, cantidad, etc. Entonces se han desarrollado técnicas o procesos específicos para cumplir las demandas en dicho campo de la ingeniería. Fundición en arena: Dimensiones grandes, producción económica, acabado superficial no necesario, Bancada. Fundición en yeso: Buen acabado superficial y gran exactitud dimensional, no ferrosos por ejemplo componentes de cerradura. Fundición por cascara: Buen acabado superficial y bajo costo, cabeza de cilindros. Fundición por revestimiento: Para materiales de alto punto de fusión, buen acabado dimensional, por ejemplo, componentes de titanio para motores. Fundición con modelo evaporativo: No se requiere quitar el modelo y por tanto no necesita sistema de alimentación, por ejemplo, Cigüeñal. Fundición centrifuga: Por la fuerza centrífuga se produce una buena repartición del material fundido respecto al espesor de la pieza. por ejemplo, piezas cilíndricas huecas

11.19 ¿Por qué la fundición a presión en matriz produce las partes fundidas más pequeñas? Debido a las altas presiones involucradas, las matrices para fundición a presión tienden a dividirse, a menos que se sujeten con firmeza. Por lo tanto, las máquinas para fundición a presión en matriz se clasifican según la fuerza que pueden ejercer para mantener cerradas las matrices. Las capacidades de las máquinas disponibles comercialmente varían de casi 25 a 3000 toneladas. Otros factores comprendidos en la selección de las máquinas para fundición a presión en matriz son el tamaño de esta última, la carrera del pistón, la presión de inyección y el costo. Las matrices para fundición a presión pueden ser de una cavidad, de cavidades múltiples (con varias cavidades idénticas), de cavidades de combinación (con varias cavidades diferentes) o matrices unitarias (matrices pequeñas y sencillas que pueden combinarse en dos o más unidades en una matriz maestra de sujeción). Por lo general, la relación del peso de la matriz con respecto al peso de la pieza es de 1000 a 1, por lo que la matriz para una fundición que pese 2 kg debería pesar unos 2000 kg. Las matrices suelen fabricarse con aceros para herramentales para trabajo en caliente o aceros para moldes. El desgaste de la matriz aumenta con la temperatura del metal fundido. El agrietamiento por calor de las matrices (el agrietamiento superficial originado por su calentamiento y enfriamiento repetitivo, visto en la sección 3.6) puede constituir un problema. Cuando los materiales para la matriz se seleccionan de manera apropiada y se les da mantenimiento adecuado, ésta puede durar más de medio millón de inyecciones antes de desgastarse significativamente. 11.20 ¿Qué diferencias (si es que existe alguna) hay entre las propiedades de las fundiciones fabricadas mediante molde permanente y por fundición en arena? Los moldes permanentes producen fundiciones con buen acabado superficial, tolerancias dimensionales cerradas, propiedades mecánicas buenas y uniformes, y grandes capacidades de producción. Mientras que las fundiciones en arena pueden recibir después tratamiento térmico a fin de mejorar ciertas propiedades que su uso requiere; estos procesos son importantes, particularmente para las fundiciones de acero.

11.21 recomendaría el precalentamiento de los moldes utilizados en la fundición en molde permanentes.? ¿Retiraría la fundición en cuanto se solidificará? Explique sus razones. Si se recomendaría. Por qué esto se hace con el fin de facilitar el flujo del metal y reducir el dado térmico debido a gradientes de temperaturas elevadas. Se retiraría porque para el uso de moldes permanentes las aleaciones o el metal a ser fundido tienen los puntos de fusión por lo general son inferiores. 11.22 En relación con la figura 11.3, ¿piensa que sería necesario colocar pesas o sujetar las dos mitades del molde? Explique sus razones. ¿Piensa que el tipo de metal fundido, como hierro fundido gris o aluminio, produciría alguna diferencia en la fuerza de sujeción? Explique su respuesta. Para un buen flujo del metal líquido se debe tener un molde estático con el que no exista rebabas en la partición, a fin de que haya una buena sujeción se deberá colocar pesas o algún modo de sujeción. Esto dependerá de la altura de columna del metal líquido y de la densidad. Entonces como la densidad del aluminio y del hierro fundido no son iguales deberá haber una diferencia de fuerza de sujeción 11.23 Explique por qué la fundición por dado impresor produce partes con mejores propiedades mecánicas, precisión dimensional y acabado superficial que los procesos con molde desechable. R. Se pueden hacer partes complejas con una forma cercana a la neta y un detalle fino de la superficie, tanto con aleaciones no ferrosas como con ferrosas. La presión aplicada por el punzón mantiene los gases atrapados en solución y el o a alta presión en la interfaz matriz-metal promueve una rápida transferencia de calor, lo que produce una microestructura fina con buenas propiedades mecánicas. También las superficies del dado son lisas por lo que la pieza fundida también será lisas

11.24 ¿Cómo sujetaría los modelos individuales de cera en un “árbol” en la fundición por revestimiento? R.- Para partes pequeñas, se puede insertar el árbol dentro de una caja de moldeo permeable y revestirla de lodo líquido. Después continuar con el proceso de fundición que sería: colocar el revestimiento en una cámara y evacuar (para retirar las burbujas de aire) cuando se solidifica el molde. En general, la caja de moldeo se coloca en una máquina de fundición de vacío para que el metal fundido se introduzca en el molde permeable y sobre la parte, produciendo detalles finos. 11.25 Describa qué medidas tomaría para reducir el movimiento de los corazones o machos en la fundición en arena. Primeramente, se aplica soportes a los corazones de manera interna (corazón-arena) para evitar el momento provocado por el corazón y así se puedan mantener firmes a los machos, para luego apasionar la arena. Nota; solo en casos en que el corazón sea de considerable longitud. 11.26 Ha visto que, aunque la fundición por presión en matriz produce partes delgadas, existe un límite. ¿Por qué no se pueden hacer partes más delgadas por medio de este proceso? Debido a las altas presiones involucradas, se producen paredes hasta de 0.38 mm (0.015 pulgadas), que son mucho más delgadas que las obtenidas por otros medios de fundición. Sin embargo, permanecen las marcas de los expulsores, al igual que pequeñas cantidades de proyecciones (material delgado comprimido entre las matrices) en la línea de partición de la matriz. 11.27 ¿Cómo se fabrican partes huecas con cavidades diferentes mediante fundición a presión por matriz? ¿Se utilizan corazones o machos? De ser así, ¿cómo? Explique su respuesta. Colocación del macho o corazones. Si la pieza que se quiere fabricar es hueca, será necesario disponer machos, también llamados corazones que eviten que el metal fundido rellene dichas oquedades. Siempre que sea posible, se debe prescindir del uso de estos corazones ya que aumentan el tiempo para la fabricación de una pieza y también su coste. En las matrices de fundición a presión todas las partes de la pieza a fundir deben quedar huecas, como orificios, entrantes, vaciados, etc., deben obtenerse con núcleos o machos, como en todos los moldeados. Pero así como en el moldeado de arena se deshace y en el moldeado en coquilla se extraen, en la fundición a presión los machos deben separase automáticamente, dejando en libertad la pieza para que pueda ser separada de la matriz móvil por barras de eyección. La fundición a presión se efectúa siempre con la ayuda de máquinas que realizan automáticamente las siguientes operaciones: 1. Cierran la matriz y colocan los machos en posición 2. Inyectan el metal con la presión necesaria 3. Abren la matriz y extraen los machos y las piezas una vez fundidas 11.28 Se dice que la relación resistencia a peso de las partes fundidas en matriz aumenta al disminuir el espesor de la pared. ¿Explique por qué? Debido a que el metal fundido se enfría con rapidez en las paredes de la matriz, la fundición tiene una capa superficial dura, de grano fino, con alta resistencia.

11.29 ¿Cómo se colocan las mazarotas y los bebederos en los moldes de arena? Explique con los dibujos apropiados.

11.30 En la fundición de molde en cáscara, el proceso de curado es crítico para la calidad del molde terminado. En esta parte del proceso, el ensamble del molde en cáscara y los machos o corazones se colocan en un horno por un breve periodo para terminar el curado de la resina aglutinante. Liste las causas probables de los corazones o machos curados de manera no uniforme, o de espesores no uniformes de los mismos. R. Ya que debe estar completamente recubierto el molde, corazón o macho de arena por un cierto espesor después de haber ingresado al horno, para que suceda esto se rosea adhesivo a la pieza para que la arena pueda adherirse con la temperatura de manera uniforme en un tiempo controlado. Las causas probables que afecten al formado de un espesor uniforme son: Mala composición de la arena de granos no uniforme (que no esté bien cernido) esto afectara a que las partículas grandes formen espesores mayores. Mala aplicación del adhesivo (no uniforme) dejando así lugares con poca adherencia de arena y por lo tanto espesores delgados o ninguno. Pero esto se puede solucionar después de la curación agregando arena y con una llama formar el espesor. La temperatura no uniforme del horno donde se realiza la curación puede ocasionar la formación de diversos tamaños de espesores dependiendo de la transferencia de calor. El tiempo de curado puede también ser una causa de la mala formación de los espesores 11.31 ¿Por qué la máquina de fundición a presión en matriz mostrada en la figura 11.17 tiene un mecanismo tan grande para cerrar las matrices? Explique su respuesta. R.- Requiere un mecanismo tan grande para cerrar las matrices, para resistir las fuerzas que estarán actuando internamente y las presiones que deberá soportar, las mismas que serán muy elevadas. 11.32 ¿Qué proceso se utiliza para fabricar los chocolates huecos? El chocolate líquido se vacía en el molde. Una vez que se obtiene el espesor deseado de la capa superficial solidificada, se invierte (o se gira) el molde y se vacía el chocolate liquido restante. Después se abren las dos mitades del molde y se retira el chocolate

11.33 ¿Cuáles son los beneficios y perjuicios de calentar el molde en la fundición por revestimiento antes de vaciar el metal fundido? El molde de una pieza se seca al aire y se calienta a una temperatura de 90 ºC a 175 ºC (200 ºF a 375 ºF). Se sostiene en posición invertida por unas 12 horas para fundir y extraer la cera. Después se le aplican entre 650 ºC a 1050 ºC (1200 ºF a 1900 ºF) por casi cuatro horas (dependiendo del metal a fundir) a fin de sacar el agua de la cristalización (agua combinada químicamente) y quemar cualquier cera residual. Una vez que se ha vaciado y solidificado el metal, el molde se rompe y la fundición se retira. Se pueden unir varios modelos para hacer un molde, al que entonces se le llama árbol, lo que incrementa de modo significativo la capacidad de producción. Para partes pequeñas, se puede insertar el árbol dentro de una caja de moldeo permeable y revestirla de lodo líquido. Después se coloca el revestimiento en una cámara y se evacua (para retirar las burbujas de aire) cuando se solidifica el molde. En general, la caja de moldeo se coloca en una máquina de fundición de vacío para que el metal fundido se introduzca en el molde permeable y sobre la parte, produciendo detalles finos.

11.34 El estado pastoso de las aleaciones se refiere al estado entre las temperaturas solidus y liquidus, como se indica en la sección 10.2. Los metales puros no tienen tal estado pastoso. ¿Significa esto que los metales puros no pueden fundirse mediante fundición hueca? Explique su respuesta. Fundición hueca, que se utiliza en la fabricación de objetos ornamentales y decorativos y en juguetes con metales de bajo punto de fusión, como zinc, estaño y aleaciones de plomo. El metal fundido se vacía en el molde metálico. Una vez que se obtiene el espesor deseado de la capa superficial solidificada, se invierte (o se gira) el molde y se vacía el metal líquido restante. Después se abren las dos mitades del molde y se retira la fundición. Los metales puros, como el aluminio puro que se solidifica a 660 °C, el hierro a 1537 °C y el tungsteno a 3410 °C, etc., no se fundirían mediante fundición hueca por el alto punto de fusión de los mismos. 11.35 ¿Puede un soporte para corazones o machos ser también un enfriador? Explique su respuesta. En caso de que se necesite un soporte para el corazón en una zona donde estará en o con el metal líquido, entonces el soporte tendrá que ser del mismo material y por lo tanto actuara como enfriador ya que este absorberá calor del metal líquido. 11.36 Clasifique los procesos de fundición descritos en este capítulo en términos de su velocidad de solidificación. (Esto es, ¿qué procesos extraen calor más rápidamente de cierto volumen de metal?).         

Molde de arena Molde de cerámica Molde de yeso Modero evaporativo Por revestimiento Molde de cascara Molde permanente A presión de matriz Centrifuga

11.37 Estime la fuerza de cierre para una máquina de fundición a presión en matriz en la que la fundición es rectangular con dimensiones proyectadas de 125 mm X175 mm (5 pulgadas X7 pulgadas). ¿Su respuesta dependería de si se trata de un proceso de cámara caliente o de cámara fría? Explique su respuesta.

𝐹

Se analiza para un proceso de cámara caliente, para esto se puede usar la siguiente ecuación 𝑃 = 𝐴 sabiendo que la presion promedio en este preceso es de 15 MPa y teniendo las dimensiones proyectadas del área (125 X 175) mm^2 entonces: 𝐹 =𝑃∗𝐴 𝐹 = 15000000 ∗ 0.021875 𝐹 = 328.12[𝑁]

11.38 La pieza en bruto para el carrete mostrado en la figura P11.38 se fundirá en arena a partir de una aleación de aluminio para fundición A-319. Dibuje un esquema del modelo de madera para esta parte e incluya todas las tolerancias necesarias para la contracción y el maquinado.

11.39 Repita el problema 11.38, pero suponga que el carrete de aluminio se fundirá utilizando fundición de modelo desechable. Explique las diferencias importantes entre los dos modelos. 11.40 En la fundición en arena es importante colocar pesas sobre la mitad superior del molde con suficiente fuerza para evitar que flote cuando se vacía el metal en el molde. Para la fundición mostrada en la figura P11.40, calcule la cantidad mínima de peso necesaria para evitar que el molde superior flote al vaciar el metal fundido. (Sugerencia: La fuerza de flotación ejercida por un metal fundido en el molde superior depende de la altura efectiva de la presión potencial del metal arriba del molde superior).

11.41 Si se necesita una aceleración de 100 g para producir una parte en una fundición realmente centrífuga y la parte tiene un diámetro interior de 10 pulgadas, un diámetro exterior de 14 pulgadas y una longitud de 25 pies, ¿qué velocidad rotacional requiere? En la fundición centrifuga vertical el efecto de la gravedad que actúa en el metal líquido causa que la pared de la fundición sea más gruesa en la base que en la parte superior. El perfil interior de la fundición tomará una forma parabólica. La diferencia entre el radio de la parte superior y del fondo se relaciona con la velocidad de rotación como sigue: 𝑁=

30 2𝑔𝐿 √ 2 𝜋 𝑅𝑖 − 𝑅𝑏2

Donde: L = longitud vertical de la fundición (m) Rt = radio interno de la parte superior de la fundición (m) Rb = radio interior en el fondo de la fundición (m).

𝑁=

30 2 ∗ 9.81 ∗ 7,62 √ 𝜋 0,35562 − 0,2542 𝑁 = 470.79

𝑟𝑒𝑣 𝑚𝑖𝑛

CAP 12 12.1 Describa las consideraciones generales de diseño en la fundición de metales.  

    

Diseñar la parte de manera que la forma pueda fundirse con facilidad. En este capítulo se proporcionan varias consideraciones importantes que son útiles en dichos proyectos de diseño. Seleccionar un proceso de fundición y un material apropiado para la parte, tamaño, propiedades mecánicas, etc. Con frecuencia, el diseño de la parte no es independiente del primer paso dado y se necesita especificar la parte, el material y el proceso de manera simultánea. Localizar la línea de partición del molde en la parte. Localizar y diseñar las compuertas que permitan la alimentación uniforme de la cavidad del molde con el metal fundido. Seleccionar una geometría apropiada del canal de alimentación para el sistema. Localizar las características del molde, como bebederos, filtros y mazarotas, como es apropiado. Asegurar que estén vigentes controles adecuados y prácticas apropiadas

12.2 ¿Qué son los puntos calientes? ¿Cuál es su significado en la fundición de metales? Cuando la fundición tiene dimensiones complejas variación de volúmenes cuando el volumen es mayor que otras zonas puede existir puntos calientes los cuales se solidifican más lento que las otras zonas Es la parte del metal que demora en solidificarse debido a que su transferencia de calor es lento . 12.3 ¿Qué es la tolerancia por contracción? ¿Qué es la tolerancia de maquinado? R. la tolerancia por contracción es el sobredimensionamiento que se lo da al modelo, por causa de que los metales se contraen al solidificarse en tres etapas contracción en líquido, pastoso y sólido. Dependiendo al

metal o aleación esto varía. Esta tolerancia ayuda a obtener las dimensiones exactas de la pieza fundida tal como se lo diseño. Cuando nuestra pieza fundida luego de ser fundida necesita o debe ser maquinado, para los diferentes acabados como limado, torneado, etc. También se debe dar su tolerancia respectiva en el modelo para que se pueda obtener la pieza deseada. Por lo general, van de entre 2 y 5 mm 12.4 ¿Son necesarios los ángulos de salida en todos los moldes? R. Por lo general se da ángulo de salida en los modelos para moldes de arena, para que permita extraer el modelo sin dañar el molde. Los ángulos son pequeños de 0.5 a 2 grados. Los ángulos en superficies internas son por lo general dos veces esta medida, tienen que ser mayores a los de la superficie exteriores porque la fundición se contrae hacia dentro, hacia el núcleo

12.5 ¿Cuáles son las fundiciones de metal ligero? ¿Dónde se utilizan generalmente? R. Las aleaciones con base de aluminio tienen diversas aplicaciones, incluyendo los usos arquitectónico y decorativo. Una tenacidad creciente es su empleo en automóviles, para componentes como monobloques de motores, cabezas de cilindros, múltiples de isión, cajas de trasmisión, componentes de suspensión, ruedas y frenos. A las partes hechas de aleación con base de aluminio y base de magnesio se les conoce como fundiciones de metal ligero 12.6 Nombre los tipos de hierros fundidos disponibles y liste sus principales características y aplicaciones. R.- Los tipos de hierros fundidos son:  Gris, el cual tiene dos tipos: el ferritico, que se lo usa principalmente en tuberías y drenaje sanitario, y el perlitico, el cual se lo usa en monobloques para motores y máquinas herramienta.  Ductil(nodular) el cual tiene tres tipos: el martensitico, sus principales usos son en superficies de desgaste, el ferritico, que se lo usa principalmente en tuberías y servicio en general, y el perlitico, el cual se lo usa en Cigüeñales y partes sujetas a fuertes tensiones.  Maleable, el cual tiene tres tipos: el martensita revenida, sus principales usos son en Partes de máquinas con alta resistencia, y en partes resistentes a desgaste, el ferritico, que se lo usa principalmente en Herrajes, rios de tubería y servicio general de ingeniería, y el perlitico, el cual se lo usa en Equipo ferroviario y acoplamientos.  Blanco, el cual tiene tres tipos: el martensita revenida, sus principales usos son en Equipo ferroviario, engranes y bielas, y el perlitico, el cual se lo usa en Partes resistentes al desgaste y rodillos para laminado. 12.7 ¿Por qué los aceros son más difíciles de fundir que los hierros fundidos? ¿Cuál es la consecuencia de esto? Los aceros tienen elevados puntos de fusión ya que tienen un porcentaje menor que los hierros fundidos. En tanto que los hierros fundidos tienen un punto de fusión mucho más bajos Es por eso que para fundir aceros debe usarse mayormente moldes con elevadas puntos de fusión por lo tanto mayor gasto energía. Mientras que los hierros fundidos no necesitan mucha energía para llegar a su punto de fusión por lo tanto menos costo 12.8 Describa los factores importantes involucrados en la economía de las operaciones de fundición. Como en todos los procesos de fabricación, el costo de cada parte fundida (costo unitario) depende de diversos factores, incluyendo materiales, equipo y mano de obra. Cada uno de estos factores individuales afecta (en grados variables) el costo general de una operación de fundición. Como se describe con mayores detalles en la sección, el costo de un producto incluye los costos de materiales, mano de obra. herramental y equipo. La preparación para la fundición de un artículo incluye la producción de moldes y matrices que requieren materias primas, tiempo y esfuerzo, todo lo cual también afecta el costo de los productos. Con frecuencia, el costo de un producto determina su posibilidad de venta y la aceptación del cliente en el mercado global. Enfrentar este reto no sólo requiere un conocimiento profundo de las características de los

materiales y procesos, sino también métodos innovadores y creativos para las tecnologías de diseño, manufactura y ensamble de los productos. 12.9 ¿Cuál es la diferencia entre un canal de alimentación y una compuerta? Los canales de alimentación se utilizan para atrapar escoria (mezcla de óxido y metal que se forma en la superficie de los metales) y evitar que se introduzca en las compuertas y en la cavidad del molde. Es común colocar trampas para escoria al final de los canales; éstos se proyectan arriba de las compuertas para garantizar que el metal en las mismas se extraiga de la parte inferior de la superficie.

12.12 Describa el procedimiento que seguiría para determinar si un defecto en una fundición es una cavidad por contracción o una porosidad provocada por gases. R. Si la porosidad es esférica y tiene paredes lisas (similar a los agujeros brillantes del queso suizo), generalmente se debe a gases; pero si las paredes son rugosas y angulares, es probable que se deba a la contracción entre dendritas. La porosidad gruesa obedece a la contracción y por lo común se le llama cavidad por contracción. 12.13 Explique cómo haría para evitar el desgarramiento por calor. R.- Para evitar un desgarramiento por calor es muy importante elegir un molde más colapsable, en la fundición en arena y otros procesos con molde desechable o consumible se da el desgarramiento por calor, esto se previene arreglando el molde para hacerlo retráctil. En los procesos de molde permanente se reduce el desgarramiento en caliente, al separar la fundición del molde inmediatamente después de la solidificación. 12.14 Describa su observación respecto de los cambios de diseño mostrados en la figura 12.1. 12.15 Si sólo necesita unas cuantas fundiciones del mismo diseño, ¿cuál de los tres procesos sería el más costoso por fundición de pieza? Por revestimiento…

12.16 En lo general, ¿está de acuerdo con los valores de los costos de la tabla 12.6? Si es así, ¿por qué? Estamos de acuerdo con los valores de los costos, pues éstos reflejan los factores que influyen en cada proceso de fundición como material, equipos y mano de obra. Cada proceso de fundición tiene sus ventajas y limitaciones en función de éstos factores, sin embargo la capacidad de producción de cada uno nos servirá para tomar una decisión sobre el proceso de fundición más conveniente para nuestros intereses. Son diferentes tipos de procesos en los cuales tenemos distintas variables y distintos costos en cuanto al dinero del molde y la especificación de la misma esto quiere decir q no es lo mismo fundir en molde de arena que fundir en un molde

permanente varia el costo, el costo y la calidad del molde de arena es relativamente baja en cambio un molde permanente es mejor que el molde de arena porque tiene un costo mayor. 12.17 Agregue más ejemplos a los mostrados en la figura 12.2.

12.18 Explique de qué manera son útiles las costillas y serraciones en la fundición de superficies planas que de lo contrario se podrían distorsionar. Proporcione una ilustración específica. Las superficies planas grandes siempre presentan dificultades al fundir metales (y materiales no metálicos), ya que tienden a combarse y a desarrollar superficies disparejas. Una práctica común para evitar esta situación consiste en dividir la superficie con costillas y serraciones del lado opuesto de la fundición. Este método reduce en gran medida la distorsión sin afectar la apariencia ni la función de la superficie plana. 12.19 Describa la naturaleza de los cambios de diseño realizados en la figura 12.3. ¿Qué principios generales observa en esta ilustración? R. Cuando se diseña un molde se debe tomar en cuenta los cuidados necesarios para poder obtener una pieza eficiente donde cada parte diseñada cumpla su función eliminando cualquier deficiencia que pueda existir, es asi que se hacen cambios de algunos modelos o formas del diseño viendo su deficiencia y poder volverlo eficiente. Se observa que se debe tomar en cuenta las aristas no deben ser tan pronunciadas, para el manejo adecuado del molde y modelo 12.20 En la figura 12.4, observe que la ductilidad de algunas aleaciones para fundición es muy baja. ¿Cree que esto debe ser una preocupación importante en aplicaciones de ingeniería de fundiciones? Explique su respuesta. R.- No, porque la principal característica de las fundiciones es la facilidad del mecanizado y no tanto así que las piezas sean dúctiles. Aparte que las piezas fundidas tienen un bajo costo y son muy resistentes al desgaste. 12.21 ¿Cree que habrá menos defectos en una fundición realizada mediante vaciado por gravedad que en una efectuada por vaciado a presión? Explique su respuesta. Si el molde puede soportar la presión dada, entonces la fundición por vaciado a presión tendrá menos defectos porque habrá un buen llenado del metal al molde debido a la presión 12.22 Explique la diferencia en la importancia de los ángulos de salida en la fundición en arena verde respecto de la fundición en molde permanente. R.- La principal diferencia es que en la fundición en arena se requiere un ángulo de salida para no dañar el molde al momento de extracción de la pieza, en el caso de la fundición por molde permanente no se requiere ningún ángulo de salida.

12.23 ¿Qué tipo de hierro fundido sería apropiado para bastidor de máquinas pesadas, como imprentas y máquinas herramientas? ¿Por qué? El hierro gris sería apropiado por su excelente capacidad de fundición y su adecuada maquinabilidad. 12.24 Explique las ventajas y limitaciones de los filetes agudos y redondeados, respectivamente, en el diseño de una fundición. En el diseño de filetes agudos y redondeados es para tener una mayor concentración de tensiones para mejorar los esfuerzos que vaya a sufrir nuestra pieza y tenga una mejor resistencia. 12.25 Explique por qué varía tanto el módulo elástico (E) del hierro fundido gris, como se muestra en la tabla12.4. Diferentes formas de esta aleación son el ferrítico, el perlítico y el martensítico. Debido a las diferencias en sus estructuras, cada tipo tiene distintas propiedades. Por lo tanto varía de gran manera su módulo elástico 12.26 ¿Por qué las mazarotas no son tan útiles en la fundición a presión en matriz como en la fundición en arena? R. La mazarota tiene la función de alimentar de líquido metálico mientras se va contrayendo el metal puede ser mazarota ciega o abierta, debe haber suficiente presión para conducir el metal liquido al interior de los lugares del molde donde requiera Entre tanto una matriz a presión no necesita mazarota porque a medida que el metal liquido se contrae hay una presión el cual abastece o sumista para alimentar a la fundición 12.27 Describa las desventajas de tener una mazarota (a) muy grande o (b) muy pequeña. La desventaja de tener una mazarota grande es que necesita mucho metal para su llenado, por lo tanto mayor consumo de energía, mayor tiempo de enfriamiento. Tener una mazarota pequeña puede ocasionar, un enfriamiento antes que la pieza, no tener una presión adecuada para la alimentación. Por lo tanto piezas defectuosas. 12.28 ¿Por qué las mazarotas ciegas pueden ser más pequeñas que las mazarotas abiertas? Las mazarotas están ubicadas dentro el molde sin o con el medio ambiente, por lo tanto su tiempo de enfriamiento es menor, debido a eso se puede diseñar mazarotas más pequeñas a comparación de las abiertas. 12.29 Si fuera a incorporar letras o números en una parte fundida en arena, ¿las resaltaría sobre la superficie o las inscribiría dentro de ella? ¿Qué pasa si la parte se produjera mediante fundición por revestimiento? Explique su respuesta. La inscribiría dentro de ella, dentro del molde. Ya que al formar cavidad se constituye de paredes capaces de soportar la presión ejercida por el metal líquido. De lo contrario se corre el riesgo de que la arena se desprenda y se mezcle con el metal fundido. 12.30 Las recomendaciones generales de diseño para un pozo en una fundición en arena (ver fig. 11.3) son: (a) que su diámetro sea por lo menos dos veces el diámetro de salida del bebedero, y (b) que su profundidad sea casi dos veces la profundidad del canal de alimentación. Explique las consecuencias de no apegarse a estos lineamientos. El pozo de colada es la parte de unión entre el fondo del bebedero y el canal de colada. Este debe asegurar una transición suave del flujo de metal fundido, pues es el que recibe al metal líquido con mayor velocidad en su bajada desde el bebedero y lo debe redireccionar horizontalmente hacia los canales de colada. La optimización antes mencionada fue confirmada por Isawa (1993), en caso de no apegarse a estos lineamientos, según su estudio, se generarían de burbujas de gas y oxidación exponencial en función del tiempo.

12.31 Comúnmente, las regiones pesadas de las partes se colocan en el molde inferior de la fundición en arena y no en el molde superior. Explique las razones. Las razones por la cual el molde más pesado está en la parte inferior es porque este mismo se pueda deformar por la fuerza de la gravedad y también se podría deformar a medida q el metal fundido vaya llenando la cavidad del molde este vaya a sufrir deformaciones y dañe el proceso 12.32 Al diseñar modelos para fundición, los fabricantes utilizan reglas especiales que incorporan automáticamente tolerancias para la contracción de los sólidos en sus diseños. Por ejemplo, la regla de 12 pulgadas de un fabricante de modelos es mayor a un pie. ¿Cuán larga debe ser la regla de un fabricante a fin de hacer modelos para (a) fundiciones de aluminio, y (b) acero con alto contenido de manganeso? 12.33 Utilizando los datos proporcionados en la tabla 12.2, grafique diagramas aproximados de (a) capacidad de fundición contra soldabilidad, y (b) capacidad de fundición contra maquinabilidad para al menos cinco de los materiales incluidos en la tabla.